(57)【要約】本発明は、繊維構造体（１）にマトリックス材料を含浸させるための装置に関し、マトリックス材料を受容するための浴槽（５）を有する下部（２１）と、除液ユニットとを含む。除液ユニットは、操作中に含浸された繊維構造体（１）が案内される拭き取りエッジ（２９）を有する少なくとも１つのワイパー（２７）と、繊維構造体（１）から排出されるマトリックス材料が浴槽（５）に戻り得る、浴槽方向に傾斜した表面（２５）と、カバー（２３）とを有する。また、カバー（２３）装着時、繊維構造体（１）が浴槽（５）内に押し込まれるカバーに偏向ユニット（３３）が取り付けられ、カバー（２３）装着時、カバー（２３）と下部（２１）の間の側方のそれぞれに隙間（３９、４１）が形成され、隙間によって繊維構造体（１）は、装置に案内されおよび装置から出る。  本発明はさらに、そのような装置内で繊維構造体にマトリックス材料を含浸させ、続いて成形して構成部品を形成する方法に関する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維構造体（１）にマトリックス材料を含浸させるための装置であって、
前記マトリックス材料を受容するための浴槽（５）を有する下部（２１）と、除液ユニットとを含み、
前記除液ユニットは、操作中に含浸された前記繊維構造体（１）が案内される拭き取りエッジ（２９）を有する少なくとも１つのワイパー（２７）と、前記繊維構造体（１）から排出されるマトリックス材料が前記浴槽（５）に戻り得る、前記浴槽方向に傾斜した表面（２５）と、カバー（２３）とを有し、
前記カバーに、前記カバー（２３）装着時、前記繊維構造体（１）が前記浴槽（５）内に押し込まれる偏向ユニット（３３）が取り付けられ、前記カバー（２３）装着時、隙間（３９、４１）が、前記カバー（２３）と前記下部（２１）の間の側方のそれぞれに形成され、前記隙間によって前記繊維構造体（１）が、前記装置に案内されおよび装置から出るように構成されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記カバー（２３）装着時、含浸された前記繊維構造体（１）を拭き取りエッジで上方から押す少なくとも１つのワイパー（３１）が前記カバー（２３）に取り付けられ、前記カバー（２３）に取り付けられた少なくとも1つの前記ワイパー（３１）は、高さが調整可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記カバー（２３）および前記下部（２１）の前記ワイパー（２７、３１）は、前記繊維構造体（１）の送り方向において互いにずれて配置されており、前記下部（２１）および前記カバー（２３）の前記ワイパー（２７、３１）は、前記カバー（２３）の前記ワイパー（３１）の拭き取りエッジが前記装置の前記下部（２１）の前記ワイパー（２７）の前記拭き取りエッジ（２９）よりも低くなるようにそれぞれ寸法決めされている請求項２の記載の装置。
【請求項４】
前記ワイパー（２７、３１）が、それぞれ耐摩耗性金属、耐摩耗性プラスチック、セラミックまたはガラスで作られている請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記浴槽（５）に入る前に前記繊維構造体（１）が案内される第１の偏向ユニット（３５）が前記下部（３５）に設けられている請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記浴槽（５）を出た後に含浸された前記繊維構造体（１）が案内される第２の偏向ユニット（３７）が前記下部（２１）に設けられ、前記カバー（２３）装着時、前記繊維構造体（１）を前記第２の偏向ユニット（３７）に押し付ける拭き取りロール（４３）が前記カバー（２３）に取り付けられる請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置
【請求項７】
前記第１の偏向ユニット（３５）および前記第２の偏向ユニット（３７）がそれぞれ互いに独立してロッドまたは回転ローラである請求項５または６に記載の装置。
【請求項８】
前記第１の偏向ユニット（３５）および前記第２の偏向ユニット（３７）は、それぞれ、耐摩耗性金属、耐摩耗性プラスチック、セラミックまたはガラスから独立して作られている請求項５〜７の何れか1項に記載の装置。
【請求項９】
前記隙間（３９）および／または前記隙間（４１）にシールリップが設けられ、それを通して前記繊維構造体（１）が前記装置内に案内され、それを通して前記繊維構造体（１）が前記装置から出る請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記繊維構造体（１）が前記浴槽（５）に押し込まれる前記偏向ユニット（３３）が、少なくとも１つのロッドまたは少なくとも１つの回転ローラを備える請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
フラッシングガス用の入口および出口が設けられている請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
繊維強化部品（１５）の製造方法であって、
（ａ）請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置内で繊維構造体（１）をマトリックス材料で含浸する工程、
（ｂ）含浸された前記繊維構造体（１）を成形して部品（１５）を形成する工程、を有することを特徴とする製造方法
【請求項１３】
前記繊維構造体（１）がロービングを含む請求項１２に記載の製造方法。
【請求項１４】
前記繊維構造体（１）が、炭素繊維、ガラス繊維またはアラミド繊維を含む請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記マトリックス材料が、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル、エポキシ樹脂およびポリウレタン、ならびにそれらの反応剤から選択される請求項１２〜１４のいずれか１項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マトリックス材料を受容するための浴槽を有する下部と除液ユニットとを有する、繊維構造体にマトリックス材料を含浸させるための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
繊維複合材料は、繊維構造体を含浸することによって製造される。浴槽内で含浸された繊維構造体、特にエンドレス繊維は、湿式巻き取り法によって、構成部品、例えばチューブ、ポストまたはタンクを製造するために使用される。そのような装置は、繊維構造体の連続含浸を可能にし、それは次に含浸の後にさらに直接に処理され得る。従来、湿式巻き取り法では、マトリックス材料が硬化または固化する前に、含浸繊維構造体を巻いて最終製品を形成する。巻き取り後、マトリックス材料の硬化または固化が行われて最終製品が形成される。
【０００３】
繊維構造体、特にエンドレス繊維を含浸させるために、様々な方法が知られており、繊維を案内する浴槽が一般的に使用されている。
【０００４】
例えば、米国特許第２，４３３，９６５によれば、繊維を上方から浴槽中に浸漬しそして浴槽の内側のローラの周りに案内することにより、エンドレス繊維を浴槽に通させることが知られている。浴槽を出た後、このようにして含浸された繊維は、過剰のマトリックス材料が絞り出されるロール対を通して案内される。この目的のために、ロール対は浴槽表面の上方にあり、除去されたマトリックス材料は浴槽中に還流する。
【０００５】
巻製品を製造するための装置は、米国特許第４，２６７，００７号で知られている。この場合、繊維は、巻取工程の前に、浴槽中においてマトリックス材料で同様に含浸される。この目的のために、繊維は、浴槽の内側のローラの周りを通過する。含浸された繊維は、続いてプレート上を通過し、そして過剰のマトリックス材料を絞り出すために、ブロックを用いてプレート上に押し付けられる。
【０００６】
しかしながら、繊維構造体が浴槽を通過するすべての方法は、通常は開放浴槽のために、または蒸発のために、また使用されるマトリックス材料にもよるが、空気中の湿気と接触するため化学反応により、マトリックス材料の粘度が時間と共に変化するという欠点を有する。さらに、例えば、清掃後の各スタートアップ時に、再び骨の折れる繊維の供給が必要である。浴槽の充填は、繊維が既に導入されているときにのみ行うことができる。
【０００７】
特にマトリックス材料の粘度が変化するのを避けるために、含浸が行われる間隙を通して繊維を案内する方法および装置が知られている。そのような装置は、例えば、米国特許第４，９３７，０２８号、米国特許第５，７６６，３５７号、または国際公開ＷＯ−Ａ２００７／０６２５１６、ならびに、A. Miaris et al. “Modeling the Impregnation Process of a Siphon Impregnation System during Filament Winding”, Proceedings of the ASME 2011 Pressure Vessels and Piping Division Conference, PVP2011, July 2011によって周知である。しかしながら、これらの方法は、特に、含浸装置のサイズが小さいため、均一な含浸を得るためにマトリックス材料を連続的かつ非常に正確に補充しなければならないという欠点を有する。
【０００８】
米国特許第５，７４７，０７５号は、繊維がチャネルを通って案内され、その中に含浸用のマトリックス材料が分配器を介して送り込まれる引抜成形法を開示している。
【０００９】
米国特許第５，０８４，３０５号は、マトリックス材料を繊維上に塗布するノズルがそれぞれ形成されているウェブ上を、繊維が案内される含浸方法を記載している。このシステムでは、繊維をウェブ上で一回およびウェブ下で一回案内することによって均一な含浸が達成される。
【００１０】
この方法においても、均一に含浸された繊維を得るためには、マトリックス材料の連続的なそして特に均一な供給が必要である。
【００１１】
繊維を含浸させるための他の可能性は、米国特許第７，４１３，６２３号で知られている。ここでは、繊維は複数のロールを介して案内され、マトリックス材料の添加はロールの上方に配置された貯蔵容器から行われ、そこからマトリックス材料は、ロール隙間に供給され、そこを通って繊維が上から下方へ移動する。この場合、過剰のマトリックス材料がロールを通って下方に流れ去りそして再利用できないことが特に不利である。さらに、マトリックス材料がロール上に蓄積してロール表面上で硬化する危険性があり、これは複雑な追加の洗浄工程が必要となることにつながる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、先行技術から知られている欠点を持たない、繊維構造体を含浸するための装置を提供することであった。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の目的は、繊維構造体をマトリックス材料で含浸するための装置によって達成され、装置はマトリックス材料を受容するための浴槽を有する下部と除液ユニットとを有する。ここで、除液ユニットは、拭き取りエッジを有する少なくとも１つのワイパーを有し、含浸された繊維構造体はワイパーを介して操作中に案内される。浴槽の方向に傾斜している表面により繊維構造体から排出されるマトリックス材料は浴槽中に戻ることができる。また、カバー装着時、構造体が浴槽に押し込まれるように、カバーに偏向ユニットが取り付けられている。さらに、カバー装着時、繊維構造体が装置に案内されまた装置から出るように、カバーと下部との間の側方それぞれに隙間が形成されている。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】湿式巻き取り法の概略図を示す。
【図２】カバーを開いた状態の、繊維構造体を含浸するための本発明による装置の断面図を示す。
【図３】カバーが閉じられた状態の図２による装置の断面図を示す。
【図４】本発明による装置の様々な実施形態の断面図を示す。
【図５】本発明による装置の様々な実施形態の断面図を示す。
【図６】本発明による装置の様々な実施形態の断面図を示す。
【図７】本発明による装置の様々な実施形態の断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
含浸のために案内される繊維構造体が、マトリックス材料の浴槽を通過するため、正確な量のマトリックス材料が供給される投与ユニットを設ける必要はない。繊維は、浴槽を通過するときにマトリックス材料を拾い上げ、そして過剰のマトリックス材料は続いて拭き取られる。この目的のために、拭き取りエッジを有する少なくとも１つのワイパーが設けられる。拭き取られたマトリックス材料は、浴槽の方向に傾斜した表面上に滴り落ちるので、拭き取られた過剰のマトリックス材料は傾斜した表面を介して浴槽中に戻り、したがって再使用することができる。
【００１６】
装置を閉じるためのカバーは、恒常的な空気交換が浴槽の上方で行われるのを防止する。このようにして、一方ではマトリックス材料の蒸発を制限することができ、他方では新鮮な空気の一定の供給も防止されるので、空気中に含まれる水とのマトリックス材料の反応が遅れる。浴槽中に入っているマトリックス材料は、それ故、より長期間使用することができ、また老化が生じそしてその結果としての粘度の増加のため、交換はあまり頻繁にする必要がない。装置に入るときまたは装置を出るときに繊維が損傷するのを防止し、さらに装置を出るときにマトリックス材料が繊維から搾り出されるのを防止するために、繊維が装置内に案内される間隙がカバーと下部との間に設けられ、同様に、含浸された繊維が装置を離れるための第２の間隙が設けられている。
【００１７】
カバーに取り付けられた偏向部品によって、繊維構造体は操作中に浴槽中のマトリックス材料に押し込まれる。このようにして、繊維の導入とは無関係に浴槽を満たすことが可能である。繊維は浴槽の表面の上方に真っ直ぐに導入することができ、次いでカバー装着時、偏向部品によって浴槽中に押し込まれる。したがって、空の浴槽での複雑な導入は避けられる。
【００１８】
本発明による装置の他の利点は、カバーに偏向ユニットを備えた構造のために、洗浄のために下部を取り外すことも新しい下部と交換することも容易にできる。このようにして、清掃中の長時間の操作中断は必要とされない。もし、清掃費用が大きすぎるか、または環境的に有害な手段によってのみ可能な場合は、処分することはより好ましくかつより環境に優しい方法で実行することができるので、本発明による装置はまた、下部を使い捨てとして構成することを可能とし、必要に応じて下部を新しい下部とそれぞれ交換することができる。
【００１９】
浴槽を通過した後に繊維を均一に拭き取るために、装置の操作中に含浸された繊維構造体が案内される少なくとも１つのワイパーに加えて、カバー装着時、含浸された繊維構造体を上から押し付ける拭き取りエッジを有する少なくとも１つのワイパーがカバーに取り付けられていることが好ましい。少なくとも１つのワイパーがカバーに取り付けられていると、余分なマトリックス材料が繊維の上側からも拭き取られる。これもまたワイパーから浴槽の方向に傾斜した表面上に滴下し、そこからマトリックス材料が浴槽中に環流する。ワイパーをカバーに取り付けることによって、ここでもまた、下部に取り付けられた部品を介して繊維構造体を装置内にまっすぐに導入することが可能である。カバー装着後、それに対応して上から作用する部品が繊維構造体を押圧する。個々のワイパーと偏向部品の間に入念に挿入する必要はない。
【００２０】
繊維構造体に作用する圧力を調整することができるように、カバーに取り付けられた少なくとも１つのワイパーは高さ調整が可能であることがさらに好ましい。カバーに取り付けられた全てのワイパーが高さ調整可能であることが特に好ましい。カバーに取り付けられたワイパーが複数設けられている場合、各ワイパーを個別に調整することが可能である。これにより、所望の量のマトリックス材料が繊維構造体中に残るように、下部およびカバーに取り付けられたワイパーによる案内が可能になる。カバーに取り付けられたワイパーの拭き取りエッジとカバーとの間の距離が大きいほど、含浸された繊維構造体に作用する圧力が大きくなり、それに応じてより多くのマトリックス材料が拭き取られる。従って、多量のマトリックス材料を有する繊維構造体を得ることを意図する場合、小さい圧力のみが繊維構造体に作用するようにワイパーは調整される。しかし、わずかな割合のマトリックス材料のみが繊維構造体に含まれることを意図する場合には、代わりにより高い圧力が繊維構造体に作用するようにワイパーは調整される。
【００２１】
マトリックス材料を繊維構造体から均一に拭き取るために、カバーおよび下部上のワイパーが繊維構造体の送り方向に互いにずれて配置されていることがさらに好ましい。この場合、繊維構造体の送り方向にそれぞれ交互に、１つのワイパーがカバーに配置され、もう１つが下部上に配置されることが特に好ましい。このような配置により、繊維構造体は途中、ワイパーで上方および下方から均一に沿って案内され、マトリックス材料は拭き取られる。下部とカバーにワイパーを交互に配置すると、さらに、下部に取り付けられたワイパーの間に、カバーに取り付けられたワイパーをそれぞれ交互に挟み込むこととなる。これは、カバーのワイパーの高さ調整の際に、下部に取り付けられた隣接するワイパーの拭き取りエッジにおける圧力と同じ圧力が、カバーに取り付けられたワイパーの拭き取りエッジを通過する繊維構造体に作用するという、さらに好ましい効果を有する。このようにして、繊維構造体の均一な含浸が得られる。
【００２２】
余分な材料が繊維構造体から拭き取られるようにするために、カバーのワイパーの拭き取りエッジが装置の下部のワイパーの拭き取りエッジよりも低くなるように、下部およびカバーのワイパーをそれぞれ寸法決めすることが特に有利である。このようにして、下部に取り付けられたワイパー間にカバーに取り付けられたワイパーを交互に挟み込むことが常に行われる。ワイパーが互いにどの程度深く挟み込むかは、下部に取り付けられたワイパーおよび／またはカバーに取り付けられたワイパーの高さ調整によって調整することができる。
【００２３】
ワイパーの材料としては、耐摩耗性金属、耐摩耗性プラスチック、耐摩耗性セラミックまたはガラスが特に適している。耐摩耗性材料の使用は、ワイパーから摩耗した粒子が異物として含浸された繊維構造体に入り込まないことを確実にする。それはさらに、操作中に拭き取りエッジが摩耗によって変形するのを防止する。このようにして、ワイパーの均一な効果が、全操作時間を通して達成される。ワイパー用の材料として特に好ましいのは、鋼、高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、セラミックまたはガラスである。
【００２４】
本発明の範囲内の耐摩耗性は、１０００ｋｍの繊維構造体、特にロービングの通過中に、通過する繊維構造体によって０．１ｍｍ未満のワイパーの材料が除去されることを意味する。
【００２５】
繊維構造体が装置への導入中に損傷を受けず、特に端部をこすらないようにするために、浴槽に入る前に繊維構造体を案内する第１の偏向ユニットが下部に設けられることが好ましい。それに対応して、浴槽を出た後に含浸された繊維構造体が案内される第２の偏向ユニットが下部に設けられるのが好ましい。第１の偏向ユニットおよび第２の偏向ユニットがそれぞれ下部に設けられているので、導入中に繊維構造体を偏向ユニット上に簡単に配置することができる。カバーに固定された偏向ユニットによって、繊維構造体が浴槽の中に押し込まれ、その結果、繊維構造体は、カバーの偏向ユニットに沿って、下部の第１の偏向ユニット上を案内され、そして下部の第２の偏向ユニット上を案内され除液ユニットへ行く。下部の第１の偏向ユニットおよび第２の偏向ユニットは、この場合、取り付け中に、カバーの偏向ユニットが下部の第１の偏向ユニットと下部の第２の偏向ユニットとの間に位置するように配置される。
【００２６】
浴槽を出るときおよび除液ユニットの前に、既に繊維から余分なマトリックス材料を除去するために、カバー装着時、繊維構造体を第２の偏向ユニットに押し付ける拭き取りロールがカバーに取り付けられることがさらに好ましい。繊維構造体は、操作中に第２の偏向ユニットと拭き取りロールとの間を通って案内される。拭き取りロールが偏向ユニットを押圧するので、過剰なマトリックス材料はこの位置で既に繊維構造体から絞り出されている。第２の偏向ユニットおよび拭き取りロールの位置決めはさらに、過剰のマトリックス材料が浴槽中に直接還流することにつながる。
【００２７】
第１および第２の偏向ユニットは、それぞれ互いに独立してロッドまたは回転ローラであり得る。それによって繊維構造体が浴槽中に押し込まれる偏向ユニットは、同様に少なくとも１つのロッドまたは少なくとも１つの回転ローラを含むことができる。偏向ユニットがロッドである場合、それは好ましくは丸いエッジのみを有し、特に好ましくは丸いロッドである。ロッドと回転ローラの両方を偏向要素に設けることができる。しかしながら、下部に配置される少なくとも第１および第２の偏向ユニットは、両方ともロッドとしてまたは両方とも回転ローラとして構成されることが好ましい。特に好ましくは、全ての偏向要素がロッドとして構成されているか、又は全ての偏向要素が回転可能なローラとして構成されている。
【００２８】
偏向要素のための適切な材料は、ワイパーのための材料と同じである。すなわち、偏向要素は、好ましくは耐摩耗性金属、耐摩耗性プラスチック、耐摩耗性セラミックまたはガラスから作られ、そして特に好ましくはスチール、ＨＤＰＥ、ＰＴＦＥ、セラミックまたはガラスから作られる。
【００２９】
繊維を浴槽中に押し込むために、カバーにただ１つの偏向要素を設けることができ、またはカバーに複数の偏向要素を取り付けることができる。この場合、カバーに取り付けられたすべての偏向要素は、カバー装着時および偏向要素が下部に存在するときに、それらが下部の第１および第２の偏向要素の間に配置されるように配置される。
【００３０】
操作中に繊維が案内される隙間を通して一定の空気交換が行われ、従って水分が空気の湿度とともに供給される又はマトリックス材料が蒸発して装置から除去されるのを防止するために、繊維構造体が装置に案内される隙間、および／または繊維構造体が装置から出る隙間にシールリップが備えられるのが好ましい。ここで、シールリップは、任意の所望の適切な材料、特に従来から使用されているシールなどのエラストマー材料で作製することができる。エラストマー材料の使用は、未含浸の繊維構造体が装置に入るときにシールリップによって損傷されず、含浸された繊維構造体が装置を出るときにシールリップによって損傷されないことを確実にする。
【００３１】
マトリックス材料が周囲空気からの成分、特に空気中に含まれる水と反応し、それによって硬化し得ることを防止するために、フラッシングガスのための入口および出口が提供されることがさらに好ましい。フラッシングガスを用いて、マトリックス材料の上の雰囲気を除去し、フラッシングガスで置き換えることができる。適切なフラッシングガスは使用されるマトリックス材料に依存する。水と反応するマトリックス材料の場合、例えば、水を含まないフラッシングガスが使用されるであろう。例えば、乾燥空気または窒素、二酸化炭素もしくは希ガスのような乾燥不活性ガスがそれに適している。不活性ガスはまた、マトリックス材料が空気の他の成分、例えばその中に含まれる酸素と反応することができる場合にも適している。それとは対照的に、意図がマトリックス材料の蒸発を防ぐことであるとき、蒸発することができるマトリックス材料の成分で飽和されているフラッシングガスを使用することができる
【００３２】
構成部品を製造するために、以下のステップを含む方法が使用される。
（ａ）上記のような装置内で繊維構造体をマトリックス材料で含浸する工程。
（ｂ）含浸された繊維構造体を成形して構成部品を形成する工程。
【００３３】
この場合、含浸される繊維構造体は、好ましくはストック、例えば繊維構造体が巻かれているローラから採取される。含浸装置を適切に操作できるようにするために、含浸させる繊維構造は“エンドレス構造体”であり、すなわち繊維構造体は原則として無限の長さを有することができ、有限の長さは必要に応じてのみ生じ、勝手に長繊維構造体をストックに含めることはできない。好ましくは、繊維構造体は、１つの構造体の端部に到達したとき、例えば、繊維構造体としてエンドレス繊維を使用するときに結び目を作ることによって、引き続き新しい構造体が以前の構造体に簡単に接続できるように構成される。含浸させることができる繊維構造体は、例えば、不織布、布地、ニット、個々の繊維またはロービングである。
【００３４】
繊維構造体はロービングを含むことが好ましい。これらは、工程（ｂ）において、含浸後に、湿式巻き取り法で巻き付けて構成部品とするのが特に好ましい。本発明による方法によってこのようにして製造することができる構成部品は、例えば、任意の種類およびサイズの管、柱またはタンクである。
【００３５】
構成部品の十分な強度を得るために、繊維構造体が炭素繊維、ガラス繊維、アラミド繊維、合成繊維、例えばポリマー繊維または天然繊維を含むことがさらに好ましい。この場合、繊維構造体は異なる繊維を含んでいてもよい。繊維の選択は、特に構成部品の機械的要件によって決定される。しかしながら、異なる繊維を使用するのではなく、１つの材料の繊維のみを使用するのが普通である。特に好ましくは、繊維構造体は炭素繊維、ガラス繊維またはアラミド繊維を含む。
【００３６】
繊維を含浸させることができるマトリックス材料は、任意の所望の熱可塑性ポリマーであり得るか、または熱硬化性もしくは熱可塑性ポリマーの製造のための反応物を含み得、その場合、反応物は液体または溶解形態で存在しなければならない。マトリックス材料が熱可塑性ポリマーである場合、これは例えば溶融物として存在する。しかしながら、代替として、マトリックス材料が、モノマー溶液、オリゴマー溶液、モノマーメルトまたはオリゴマーメルトの形態でポリマーを製造するための反応物を含有することも可能であり、これらは次に反応して所望のポリマーを形成する。繊維構造体に熱硬化性ポリマーを含浸させることを意図する場合、マトリックス材料は常に所望の熱硬化性ポリマーを製造するための反応物を含有する。さらに、マトリックス材料は従来の触媒を含有してもよい。ポリマーを製造するための反応物は、一般に、ポリマーを構成するモノマーまたはオリゴマーである。熱硬化性ポリマーが製造されることを意図する場合、反応物は、さらに反応して熱硬化性樹脂を形成するポリマーとして既に存在していてもよい。
【００３７】
構成部品の特性を調整するために、マトリックス材料は添加剤をさらに含有してもよい。これらは、例えば、可塑剤、耐衝撃性改良剤、紫外線安定剤、難燃剤、およびポリマーの改質のために従来から使用されている当業者に知られている他の任意の添加剤である。
【００３８】
特に好ましくは、マトリックス材料は、不飽和ポリエステル樹脂（ＵＰ）、ビニルエステル（ＶＥ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）およびポリウレタン（ＰＵＲ）、ならびにそれらの反応剤から選択される。
【００３９】
本発明の例示的な実施形態は図面に表されており、以下の説明においてより詳細に説明される。
【実施例】
【００４０】
図１は、繊維構造体を含浸させるための本発明に係る装置を使用可能な湿式巻き取り法の概略図を示す。
【００４１】
湿式巻き取り法によって構成部品を製造するために、ここではロービングとして表されている実施形態の繊維構造体１が、ストック３、ここではクリール、から浴槽５に供給される。浴槽５に入る前に、ロービングは櫛７を通して案内される。ここでは、ロービングは互いに分離されているので、ロービングは浴槽５内で周囲全体に満遍なくマトリックス材料と接触し、従って均一に含浸される。浴槽５の後にはワイピングロール対９が続き、それを通して浴槽５に含浸されたロービングが案内される。拭き取りロール対９において、過剰のマトリックス材料が含浸されたロービングから除去される。続いて、含浸されたロービングは、案内リング１１を通って案内され、スピンドル１３に巻き取られる。このようにして、回転対称構成部品１５が製造される。含浸されたロービング１をスピンドル１３上に均一に巻くために、案内リング１１は移動可能であり、ここでは矢印で表されるように、スピンドル１１の軸に対して平行に移動させることができる。
【００４２】
繊維構造体を含浸するための本発明による装置は、図２の断面図に示されている。
【００４３】
繊維構造体１、例えばロービングに、マトリックス材料を含浸させることができる装置は、下部２１とカバー２３とを含む。下部２１には、繊維構造体１に含浸されることを意図したマトリックス材料の浴槽５がある。繊維構造体１の移動方向において、浴槽５の後には浴槽の方向に傾斜した表面２５が続く。拭き取りエッジ２９をそれぞれ有するワイパー２７は、下部２１上の傾斜面２５の上方に配置されている。連続操作中、繊維構造体１は、拭き取りエッジ２９上を案内され、余分なマトリックス材料は繊維構造体１から除去される。ワイパー２７が傾斜面の上方に配置されているため、拭き取られたマトリックス材料は浴槽５内に還流する。
【００４４】
好ましくは高さ調整可能なワイパー３１がカバー２３に取り付けられている。カバー２３のワイパー３１は、この場合、下部２１のワイパー２７の間に挟み込まれるように配置されるのが好ましい。偏向ユニット３３がカバー２３にさらに取り付けられ、カバー２３装着時、これによって繊維構造体１が浴槽５内に押し込まれる。これは図３に表されている。ここで、下部２１に固定されたワイパー２７は、カバー２３に取り付けられたワイパー３１の間に挟み込まれているのが分かる。このようにして、わずかにジグザグの経路が繊維構造体１に与えられる。
【００４５】
繊維構造体１が浴槽５に入る前および浴槽５を出た後、下部のエッジで損傷を受けないように、ここに示された実施形態では、第１の偏向ユニット３５および第２の偏向ユニット３７が下部２１に設けられる。操作中、繊維構造体１は、繊維を含浸するための装置内の下部２１とカバー２３との間の間隙３９を通過し、下部２１上の第１の偏向ユニット３５の上を案内される。続いて、繊維構造体１は、カバー２３に取り付けられた偏向ユニット３３に沿って移動し、偏向ユニットによって繊維構造体１は、浴槽５に浸漬される。偏向ユニット３３の後には、第２の偏向ユニット３７が続き、余分なマトリックス材料が取り除かれるワイパー２７、３２に運ばれる前に、その上を繊維構造体３１が案内される。次いで、含浸された繊維構造体は、第２の間隙４１を通って装置を出て、さらなる処理、例えば湿式巻き取り法のスピンドル１３に送られてもよい。しかしながら、湿式巻き取り法によって製造される部品の代替として、他の所望の部品、例えば平らな部品でさえも含浸された繊維構造体から製造することができる。この目的のために、例えば、特にそれが不織布、ニットまたは布地である場合、含浸された繊維構造体を所望の長さに切断し、それを成形して適切な金型内に所望の部品を形成することが可能である。しかしながら、湿式巻き取り法のスピンドル１３への配送が好ましい。
【００４６】
繊維構造体１を浴槽５内に浸漬した結果として、繊維構造体が浴槽５を出るときに、一般に大量のマトリックス材料が繊維構造体１に付着している。最初の過剰のマトリックス材料の除去のために、ここに表されているように、カバー２３装着時、第２の偏向ユニット３７を支持する拭き取りロール４３が含まれることが好ましい。次いで、含浸された繊維構造体は、第２の偏向ユニット３７と拭き取りロール４３との間を通って案内される。
【００４７】
カバー２３に取り付けられたワイパー３１の高さを調整することによって、ワイパー２７、３１が含浸された繊維構造体１に作用する圧力を調整することが可能である。それによって、制御された方法で、どの程度のマトリックス材料を含浸された繊維構造体１は含有すべきかを調整することが可能である。カバー２３に固定されたワイパー３１が、下部２１のワイパー２７の間により深く挟み込まれることによって達成されるより高い圧力の場合、より多くのマトリックス材料が含浸された繊維構造体１から絞り出されるので、下部２１上のワイパー２７の間にそれらが余り深く挟み込まれず、したがって繊維構造体上の圧力がより少ないように、ワイパー３１を調整する場合よりも、全体として、繊維構造体は、より少ないマトリックス材料を含む。
【００４８】
カバー２３に取り付けられた偏向ユニット３３と、下部２１の第１の偏向ユニット３５および第２の偏向ユニット３７とは、それぞれ互いに独立してロッドの形態または回転可能なローラとして構成されていてもよい。偏向ユニット３３、３５、３７がロッドとして構成されている場合、偏向ユニット３３、３５、３７は、少なくとも繊維構造体１と接触する領域において丸みを帯びたエッジのみを有することが好ましく、特に好ましいのは丸いロッドである。
【００４９】
使用されるワイパー２７、３１は、ワイパーについて当業者に知られている任意の所望の形状を有することができる。ワイパーは、繊維構造体１に対して９０°以外の方向に配向されていてもよい。ワイパーのこの形態および配向では、含浸された繊維構造体１がそれによって損傷されないように注意するだけでよい。この場合、ワイパーは、繊維構造体の含浸のための浴槽の場合に、既に一般的であるように構成および配向されてもよい。
【００５０】
図４から図６は、カバー２３に取り付けられた偏向ユニット３３の構成の代替の実施形態を表す。繊維構造体を含浸するための装置の構造の他の部分は、図２および図３に表される実施形態の構造に対応する。
【００５１】
図４に示す実施形態では、偏向ユニット３３は、カバー２３に取り付けられた第１の偏向ユニット４５と、カバー２３に取り付けられた第２の偏向ユニット４７とを含む。ここでもまた、カバー２３に取り付けられた第１の偏向ユニット４５と、カバー２３に取り付けられた第２の偏向ユニットは、ロッドまたは回転可能なローラとして構成される。カバー２３に取り付けられた第１の偏向ユニット４５およびカバー２３に取り付けられた第２の偏向ユニット４７の位置は、カバー２３装着時、２つの偏向ユニット４５、４７が第１の偏向ユニット３５と第２の偏向ユニット３７との間に位置する。
【００５２】
カバー２３に取り付けられた第１の偏向ユニット４５およびカバー２３に取り付けられた第２の偏向ユニット４７を介して、浴槽５内の繊維構造体が移動する距離を長くすることができ、したがって、図２および図３に示すように、たった１つの偏向ユニットと比較して同じ速度に関して、繊維構造体の浴槽５内の滞留時間を長くすることができる。
【００５３】
カバー２３に回転可能なローラまたはロッドとして構成されたさらに多くの偏向ユニットを設けることも可能であるが、これはそれらがそれぞれ繊維構造体１と接触しているときのみ好都合であり、繊維構造体１が浴槽５内を移動する距離は更に長くなる。
【００５４】
カバー２３のさらなる偏向ユニットの代替として、浴槽５内を移動する距離を長くするために、および任意に含浸を改善するために、浴槽５内に追加の偏向ユニット４９を設けることも可能である。これは、図５に示すように、カバー２３に取り付けられた第１の偏向ユニット４５とカバー２３に取り付けられた第２の偏向ユニット４７との間にある。浴槽内に配置された追加の偏向ユニット４９により、繊維構造体は、カバーに取り付けられた偏向ユニット４５、４７に押し付けられ、同時に、追加の偏向ユニット４９にも圧力がかかる。このようにして、特に繊維構造体が不織布、織物または編物であるとき、または代替的に複数の繊維が結合されてロービングを形成しているとき、マトリックス材料が繊維間に押し付けられ、そして繊維間に任意に含まれるガスクッションが絞り出される。このようにして、均一かつとりわけ完全な含浸が達成される。
【００５５】
図２から図５に示されるように、個々のロッドまたは回転可能なローラに加えて、偏向ユニット３３は、また、構造化表面を有するダイの形態で構成されてもよい。これは、図６の波形表面を有する偏向ユニットの例として表されている。しかしながら、表面の構造は他の所望の形状を有していてもよい。ダイとして構成された偏向ユニット３３の表面の構造によってファイバ構造が損傷を受けないように注意することだけが必要である。
【００５６】
除液ユニットの代替構成を有する実施形態が図７に表されている。
【００５７】
図２から図６に示された実施形態とは対照的に、ここでは、除液ユニットは、互いに挟み込み合うワイパー２７、３１を備えて構成されていない。
【００５８】
図７に示す実施形態では、偏向ユニット５１は、例えばロッドまたは回転可能なローラとして、下部２１の除液ユニットに設けられ、高さ調整可能なワイパー５３はカバー２３に設けられている。繊維構造体１は、偏向ユニット５１とワイパー５３との間を案内され、偏向ユニット５１によってワイパー５３に押し付けられる。ワイパー５３は、調整可能な圧力で偏向ユニット５１に押し付けられるようにその高さを調整することができる。このようにして、含浸された繊維構造体中のマトリックス材料の量を調整することができる。ワイパー５３の間では、更なる偏向ユニット５５がカバーに取り付けられている。これにより、偏向ユニット５１とワイパー５３との間に隙間があっても、繊維構造体１が確実に偏向ユニット５１に押し付けられる。
【００５９】
全ての実施形態において、外気の侵入に対して装置を密封するために、繊維構造体が装置内に案内され、含浸された繊維構造体が装置外に案内される間隙３９、４１の領域にシール要素をそれぞれ設けることが可能である。これは、空気成分、例えば空気中に含まれる水と化学的に反応するポリマーまたはポリマー前駆体化合物がマトリックス材料として使用されるときに特に有利である。さらに、浴槽の上方のガス空間をフラッシングガスでフラッシングするために、フラッシングガスのための入口および出口を設けることが可能である。
【００６０】
ここに示された全ての実施形態において、繊維構造体を含浸するための装置は簡単な設定を可能にする。マトリックス材料が浴槽５に含まれているか否かに関わらず、カバー２３を開いた状態で繊維構造体１を容易に位置決めすることが可能である。カバー２３の偏向ユニットおよびワイパーによって、繊維構造体は、下部２１上の対応する偏向ユニットおよびワイパーに押し付けられ、浴槽５内に押し込まれ、したがって意図された経路をたどる。したがって、繊維構造体をロールの周りに配置するために、繊維構造体を複雑に通すこと、または浴槽からマトリックス材料を空にすることは、本明細書に記載の装置では必要ではない。対応する簡単な方法で、スイッチを切った後に、カバー２３を開いた後に繊維構造体を再び取り外すこともできる。
【００６１】
さらに、必要に応じて、下部２１を取り外して交換することによって、異なるマトリックス材料を提供すること、または必要に応じて下側部分２１を清掃または処分のために取り外したり新しい下側部分２１と交換したりすることが簡単にできる。このようにして、特に、前のものが洗浄されている間に、単に新しい下部を取り付けることによって、浴槽を洗浄する必要があるときでさえも装置を操作し続けることも可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１  繊維構造体
３  ストック
５  浴槽
７  櫛
９  拭き取りロール対
１１  案内リング
１３  スピンドル
１５  構成部品
２１  下部
２３  カバー
２５  傾斜面
２７  ワイパー
２９  拭き取りエッジ
３１  ワイパー
３３  偏向ユニット
３５  下部２１の第1の偏向ユニット
３７  下部２１の第２の偏向ユニット
３９  隙間
４１  第２の隙間
４３  拭き取りロール
４５  カバー２３の第１の偏向ユニット
４７  カバー２３の第２の偏向ユニット
４９  浴槽５内の追加の偏向ユニット
５１  偏向ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成30年6月21日(2018.6.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維構造体（１）にマトリックス材料を含浸させるための装置であって、
前記マトリックス材料を受容するための浴槽（５）を有する下部（２１）と、除液ユニットとを含み、
前記除液ユニットは、操作中に含浸された前記繊維構造体（１）が案内される拭き取りエッジ（２９）を有する少なくとも１つのワイパー（２７）と、前記繊維構造体（１）から排出されるマトリックス材料が前記浴槽（５）に戻り得る、前記浴槽方向に傾斜した表面（２５）と、カバー（２３）とを有し、
前記カバーに、前記カバー（２３）装着時、前記繊維構造体（１）が前記浴槽（５）内に押し込まれる偏向ユニット（３３）が取り付けられ、前記カバー（２３）装着時、隙間（３９、４１）が、前記カバー（２３）と前記下部（２１）の間の側方のそれぞれに形成され、前記隙間によって前記繊維構造体（１）が、前記装置に案内されおよび装置から出るように構成され、
前記カバー（２３）装着時、含浸された前記繊維構造体（１）を拭き取りエッジで上方から押す少なくとも１つのワイパー（３１）が前記カバー（２３）に取り付けられ、前記カバー（２３）に取り付けられた少なくとも1つの前記ワイパー（３１）は、高さが調整可能に構成されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記カバー（２３）および前記下部（２１）の前記ワイパー（２７、３１）は、前記繊維構造体（１）の送り方向において互いにずれて配置されており、前記下部（２１）および前記カバー（２３）の前記ワイパー（２７、３１）は、前記カバー（２３）の前記ワイパー（３１）の拭き取りエッジが前記装置の前記下部（２１）の前記ワイパー（２７）の前記拭き取りエッジ（２９）よりも低くなるようにそれぞれ寸法決めされている請求項１の記載の装置。
【請求項３】
前記ワイパー（２７、３１）が、それぞれ耐摩耗性金属、耐摩耗性プラスチック、セラミックまたはガラスで作られている請求項１または２に記載の装置。
【請求項４】
前記浴槽（５）に入る前に前記繊維構造体（１）が案内される第１の偏向ユニット（３５）が前記下部（３５）に設けられている請求項１〜３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記浴槽（５）を出た後に含浸された前記繊維構造体（１）が案内される第２の偏向ユニット（３７）が前記下部（２１）に設けられ、前記カバー（２３）装着時、前記繊維構造体（１）を前記第２の偏向ユニット（３７）に押し付ける拭き取りロール（４３）が前記カバー（２３）に取り付けられる請求項１〜４のいずれか１項に記載の装置
【請求項６】
前記第１の偏向ユニット（３５）および前記第２の偏向ユニット（３７）がそれぞれ互いに独立してロッドまたは回転ローラである請求項４または５に記載の装置。
【請求項７】
前記第１の偏向ユニット（３５）および前記第２の偏向ユニット（３７）は、それぞれ、耐摩耗性金属、耐摩耗性プラスチック、セラミックまたはガラスから独立して作られている請求項４〜６の何れか1項に記載の装置。
【請求項８】
前記隙間（３９）および／または前記隙間（４１）にシールリップが設けられ、それを通して前記繊維構造体（１）が前記装置内に案内され、それを通して前記繊維構造体（１）が前記装置から出る請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記繊維構造体（１）が前記浴槽（５）に押し込まれる前記偏向ユニット（３３）が、少なくとも１つのロッドまたは少なくとも１つの回転ローラを備える請求項１〜８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
フラッシングガス用の入口および出口が設けられている請求項１〜９のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
繊維強化部品（１５）の製造方法であって、
（ａ）請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置内で繊維構造体（１）をマトリックス材料で含浸する工程、
（ｂ）含浸された前記繊維構造体（１）を成形して部品（１５）を形成する工程、を有することを特徴とする製造方法。
【請求項１２】
前記繊維構造体（１）がロービングを含む請求項１１に記載の製造方法。
【請求項１３】
前記繊維構造体（１）が、炭素繊維、ガラス繊維またはアラミド繊維を含む請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記マトリックス材料が、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル、エポキシ樹脂およびポリウレタン、ならびにそれらの反応剤から選択される請求項１1〜１３のいずれか１項に記載の製造方法。
【国際調査報告】
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